激光測量裝置及其磁力傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種激光測量裝置及其磁力傳感器，包括激光發生器、光束準直器、平面反射鏡及光電檢測器，激光發生器包括激光二極管，光束準直器包括用于覆蓋激光二極管的透明封裝的底管，底管向上凸起形成具有豎直孔道的準直管；準直管對準激光二極管發射面的中心部分，這部分光線的光強及傳播路徑不會被改變；其余部分的光線則以一定的角度照射在底管內壁或者準直管內壁上，這部分光線在內壁上多次反射，其光強一方面隨反射的次數而衰減，另一方面隨光程的增加而衰減，使得這部分光線在沒有到達平面反射鏡時已消失完盡，從而保留了中心部分的直線光束，達到了準直的目的。
【專利說明】激光測量裝置及其磁力傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種測量裝置及其應用，特別涉及一種激光測量裝置及其磁力傳感器。
【背景技術】
[0002]微位移測量在測量技術中，通過檢測位移量，可以測量振動、旋轉角度、壓力、應變、加速度和流量等多種物理量。所有氣體在磁場中都表現出順磁性或逆磁性，而氧氣的順磁性很強，其它氣體除NO、NO2外，表現為很弱的順磁性或逆磁性，利用氧氣的這一特性，可用磁力機械式結構來測量氧氣的濃度，利用這一原理的傳感器叫磁力機械式氧傳感器。現有的磁力機械式氧傳感器由兩強磁極的測量池池體、吊掛彈簧、啞鈴形磁敏元件、吊掛張絲、反饋線圈及微位移測量系統等組成，其中啞鈴形磁敏元件通常為兩個充滿氮氣的玻璃球，兩球固定在一個可以轉動的同軸支架上，被測氣體中的氧氣被吸入磁場中后將產生對球體的作用力，從而對轉軸產生一個力矩，這個力矩大小和氧氣的含量具有線性關系。微位移測量系統一般包括光發生器、反射鏡及光電檢測器，安裝在支架中間的反射鏡把光發生器發出的光反射到光電傳感器上，讀出支架的偏轉位移，傳感器將信號反饋到支架周圍的線圈，產生一個反饋電流，線圈在電流作用下對支架產生一個恢復原來平衡的扭矩，反饋電流的大小與被測氣體的體積磁化率成正比，因此，通過計算，直接形成與氧氣分壓的比例關系，這樣氧氣含量就可以通過測量電流大小而精確得知。
[0003]在現有磁力傳感器中的微位移測量系統中，光發生器一般采用白光燈或者激光燈。當采用白光燈時，由于光束發散大，為避免影響測量效果，需配置透鏡準直裝置將發散光束改變為平行光束，但是透鏡準直裝置結構復雜且機械強度差，增加使用成本且在使用時需調節光焦，增大了測量的繁雜性。當采用激光燈時，由于激光的定向發光特性較強，一般無需配置準直裝置，但是在使用激光二極管發射激光時則不可避免地存在一定的發射角，如不配置準直裝置，激光光束仍存在發散現象，影響測量效果。
[0004]因此，就需要對現有的激光測量裝置進行改進，其增設了用于準直激光發生器發射的激光束的光束準直器，而且該光束準直器結構簡單、機械強度高，節省使用成本而且避免了透鏡準直裝置的調節光焦過程，簡單實用，保證測量結果的準確性。
實用新型內容
[0005]有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種激光測量裝置及其磁力傳感器，增設了用于準直激光發生器發射的激光束的光束準直器，而且該光束準直器結構簡單、機械強度高，節省使用成本而且避免了透鏡準直裝置的調節光焦過程，簡單實用，保證測量結果的準確性。
[0006]本實用新型的激光測量裝置，包括:激光發生器，用于發射激光束；光束準直器，用于準直所述激光發生器發射的激光束；平面反射鏡，用于反射所述光束準直器準直后的激光束；以及光電檢測器，用于接收所述平面反射鏡反射的激光束并輸出電信號；其中，所述激光發生器包括激光二極管，所述光束準直器包括用于覆蓋所述激光二極管的透明封裝的底管，所述底管向上凸起形成具有豎直孔道的準直管。
[0007]進一步，所述準直管的軸線與所述透明封裝的軸線在同一直線上。
[0008]進一步，所述準直管的內壁與所述底管的內壁之間垂直過渡，任一垂直過渡的交點與所述激光二極管的發光點的連線與所述準直管的軸線之間的夾角小于9.0°。
[0009]進一步，所述準直管和/或所述底管的內壁光滑。
[0010]進一步,所述準直管的長度為8.0mm-18.0mm,所述準直管的內徑為1.0mm-2.6mm。
[0011]進一步，所述平面反射鏡的鍍膜面鍍有用于選擇性反射所述激光發生器所發射的激光束的介質膜。
[0012]進一步，所述介質膜由氧化硅膜及氧化鋯膜交替沉積而成。
[0013]進一步，激光測量裝置還包括用于固定所述光電檢測器及用于調整所述光電檢測器的位置以形成等光程檢測的安裝組件，所述安裝組件至少包括設有橫向滑槽的安裝支架，所述光電檢測器連接在所述安裝支架上并可沿所述橫向滑槽移動。
[0014]進一步，所述安裝組件還包括底板及用于固定所述安裝支架的過渡板，所述過渡板連接在所述底板上并且二者可以相對轉動。
[0015]進一步，所述過渡板設有弧形滑槽，穿過所述弧形滑槽設有用于固定所述過渡板和底板的固定件。
[0016]本實用新型還公開了一種磁力傳感器，所述激光測量裝置安裝于磁力傳感器。
[0017]本實用新型的有益效果:本實用新型的激光測量裝置及其磁力傳感器，準直管對準激光二極管發射面的中心部分，這部分光線的光強及傳播路徑不會被改變；發射面的其余部分的光線則以一定的角度照射在底管內壁或者準直管內壁上，這部分光線的傳播方向會被改變，其在內壁上多次反射，其光強一方面隨反射的次數而衰減，另一方面隨光程的增加而衰減，使得這部分光線在沒有到達平面反射鏡時已消失完盡，從而保留了中心部分的直線光束，達到了準直的目的；本實用新型使用管式準直器取代透鏡準直器，不僅結構簡單、機械強度高，而且節省使用成本、避免了的調節光焦過程，簡單實用，能夠保證測量結果的準確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述:
[0019]圖1為本實用新型的激光測量裝置的結構示意圖；
[0020]圖2為本實用新型的光電檢測量器及安裝組件的結構示意圖；
[0021]圖3為本實用新型的磁力傳感器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1為本實用新型的激光測量裝置的結構示意圖，圖2為本實用新型的光電檢測量器及安裝組件的結構示意圖，圖3為本實用新型的磁力傳感器的結構示意圖，如圖所示:本實施例的激光測量裝置，包括:激光發生器，用于發射激光束；光束準直器，用于準直所述激光發生器發射的激光束；平面反射鏡3，用于反射所述光束準直器準直后的激光束；以及光電檢測器4，用于接收所述平面反射鏡3反射的激光束并輸出電信號；其中，所述激光發生器包括激光二極管I，所述光束準直器包括用于覆蓋所述激光二極管I的透明封裝的底管21，所述底管21向上凸起形成具有豎直孔道的準直管22。激光發生器、光束準直器、平面反射鏡3及光電檢測器4沿激光光路設置；激光發生器可為現有的激光發射二極管，根據所需的中心波長及發射角等參數進行選擇；光電檢測器4可使用硅光電池對，光子照射在其上，使電路中產生電流或使電導特性發生變化；激光二極管I與常見的發光二極管形狀、結構相同，均包括LED芯片、引線架及環氧樹脂透明封裝，在此不再贅述；光束準直器的縱截面呈“凸”字形，下部管徑較大的為底管21，上部管徑較小的為準直管22 ;底管21足以包裹圍合激光二極管I的透明封裝，準直管22從底管21頂面中心凸起，因而二者同軸；準直管22對準激光二極管I發射面的中心部分，因此激光二極管I發射面的中心部分光線的光強及傳播路徑不會被改變；發射面的其余部分的光線則以一定的角度照射在底管21內壁或者準直管22內壁上，這部分光線的傳播方向會被改變，其在內壁上多次反射，其光強一方面隨反射的次數而衰減，另一方面隨光程的增加而衰減，使得這部分光線在沒有到達平面反射鏡3時已消失完盡，從而保留了中心部分的直線光束，達到了準直的目的；使用管式準直器取代透鏡準直器并應用于激光測量系統中為本實用新型的重大改進之處，使得本實用新型不僅結構簡單、機械強度高，而且節省使用成本、避免了的調節光焦過程，簡單實用，能夠保證測量結果的準確性。
[0023]本實施例中，所述準直管22的軸線22a與所述透明封裝的軸線Ila在同一直線上；準直管22的軸線22a與透明封裝的軸線Ila在同一直線上，即軸線22a與軸線Ila的延長線重合，使得準直管22對準激光二極管I發射面的中心部分，因此激光二極管I發射面的中心部分光線的光強及傳播路徑不會被改變。
[0024]本實施例中，所述準直管22的內壁與所述底管21的內壁之間垂直過渡，任一垂直過渡的交點23與所述激光二極管I的發光點12的連線與所述準直管22的軸線22a之間的夾角Y小于9.0° ;垂直過渡即準直管22的內壁與底管21的內壁相垂直，以最大限度地阻擋散射光束；夾角Y的具體數值根據激光發射二極管的發射角而定，以有效阻擋散射光束為準；本實施例將夾角Y確定為7.0°，既能有效阻擋散射光束，又能避免光束發生衍射。
[0025]本實施例中，所述準直管22和所述底管21的內壁光滑；光滑的管壁能使激光光束的反射更具有規律性，便于將發射面的除中心部分外其余部分的光線控制在光束準直器內。
[0026]本實施例中，所述準直管22的長度為8.0mm-18.0mm，所述準直管22的內徑為
1.0mm-2.6mm ;準直管22長度及內徑將依據具體的激光發生器類型和激光發生器到平面反射鏡3的距離來設計；例如，當使用中心波長為950nm、發射角為±7°的激光發射二極管時，使用長度為13.0mm、內徑為1.8mm的準直管22最為適合。
[0027]本實施例中，所述平面反射鏡3的鍍膜面鍍有用于選擇性反射所述激光發生器所發射的激光束的介質膜31 ;現有的微位移測量系統一般采用玻璃鍍銀或鉬的內反射鏡或金屬平面鏡，這些反射鏡由于反射波長較寬，對所有波長的光線都會達到90%以上的反射率，因此容易受到雜散光的干擾；使用介質膜反射鏡取代普通反射鏡并應用于激光測量系統中為本實用新型又一重大改進之處，介質膜反射鏡的反射波長按所采用的激光發生器的中心波長來設計，只對激光發生器對應的波長的光反射，而對其它波長的光不反射或反射率極低；所以光電檢測器4不易敏感到其它波長的光線，從而使本實用新型在微位移測量中受到雜散光的干擾小；至于介質膜31的類型，則根據激光發生器的中心波長及入射光與平面反射鏡3的入射角來設計。
[0028]本實施例中，所述介質膜31由氧化硅膜及氧化鋯膜交替沉積而成；平面反射鏡3背面的鍍膜面蒸鍍多層很薄的氧化硅膜、氧化鋯膜，其中氧化硅膜和氧化鋯膜交替沉積，優選為二十層；這一結構的介質膜31對應中心波長為950nm的激光發射二極管，入射光與平面反射鏡3的入射角為23.0°，對該中心波長的光反射率能夠達到98%，較好地排除雜散光的干擾。
[0029]本實施例中，激光測量裝置還包括用于固定所述光電檢測器4及用于調整所述光電檢測器4的位置以形成等光程檢測的安裝組件，所述安裝組件至少包括設有橫向滑槽51的安裝支架5，所述光電檢測器4連接在所述安裝支架5上并可沿所述橫向滑槽51移動；等光程檢測即光點中的所有光線從激光發生器到光電檢測器4的光程相等，當然，受制于測量精度，光程相等也允許在小范圍內存在的小許誤差；現有的微位移測量系統中，光電檢測器4的感光位置固定或者僅可在一維空間上進行調節，因此不能達到等光程檢測的效果，致使光電檢測器4敏感的信號噪音大，影響測量結果的準確性；如圖1所示，α是平面反射鏡3與水平面的夾角，β是對應的光電檢測器4需調整到的與水平面的夾角，兩個夾角的關系取決于檢測的氣體環境，例如在氮氣環境中，β=2α ;如圖2所示，安裝支架5為一長方體，其與水平面的夾角可自由調節即β可調節；當然，安裝支架5也可以是其它便于調節的形狀如半圓柱體；長方體的中心開有沿長度方向設置的橫向滑槽51，光電檢測器4通過調節螺栓83固定在橫向滑槽51之上，使得光電檢測器4可沿橫向滑槽51即圖中X方向移動；光束從激光發生器發出，通過平面反射鏡3反射后到達光電檢測器4上所有的光線光程相等，所以光電檢測器4檢測的信號噪音小。
[0030]本實施例中，所述安裝組件還包括底板7及用于固定所述安裝支架5的過渡板6，所述過渡板6連接在所述底板7上并且二者可以相對轉動；底板7與過渡板6通過一緊固螺釘81連接，形成以緊固螺釘81為轉軸的轉動結構，便于調節安裝支架5與水平面的夾角。
[0031]本實施例中，所述過渡板6設有弧形滑槽61，穿過所述弧形滑槽61設有用于固定所述過渡板6和底板7的固定件82 ;固定件82優選為調節螺釘；當擰緊調節螺釘時，緊固螺釘81與調節螺釘可將過渡板6固定在底板7上，增強安裝組件的穩固度；當松開調節螺釘時，過渡板6則可以緊固螺釘81為轉軸并沿弧形滑槽61方向即Y方向移動，增加調節的準確性。
[0032]本實用新型還公開了一種磁力傳感器，所述激光測量裝置安裝于磁力傳感器；所述磁力傳感器為磁力機械式氧傳感器，如圖3所示磁力機械式氧傳感器的張絲94吊掛一對充氮的玻璃球92，玻璃球92中間固定平面反射鏡3，反饋線圈93固定在玻璃球92外圍中心線位置；玻璃球92、反饋線圈93、平面反射鏡3處于一對磁極91的中間位置；當磁場中有氧氣時，就會對玻璃球92產生推力帶動平面鏡3旋轉一定的角度，從而引起反射光束在光電檢測器4上位移變化，本激光測量裝置正是檢測這一微小位移變化的測量系統；磁極91在磁力傳感器用于導磁，反饋線圈93在磁力機械式氧傳感器中用于平衡氧氣產生的推力，使啞鈴帶動平面反射鏡3回到初始位置附件，這種反饋機制提高了磁力機械式氧傳感器的穩定性。[0033]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種激光測量裝置，其特征在于，包括: 激光發生器，用于發射激光束； 光束準直器，用于準直所述激光發生器發射的激光束； 平面反射鏡，用于反射所述光束準直器準直后的激光束；以及 光電檢測器，用于接收所述平面反射鏡反射的激光束并輸出電信號； 其中，所述激光發生器包括激光二極管，所述光束準直器包括用于覆蓋所述激光二極管的透明封裝的底管，所述底管向上凸起形成具有豎直孔道的準直管。
2.根據權利要求1所述的激光測量裝置，其特征在于:所述準直管的軸線與所述透明封裝的軸線在同一直線上。
3.根據權利要求1所述的激光測量裝置，其特征在于:所述準直管的內壁與所述底管的內壁之間垂直過渡，任一垂直過渡的交點與所述激光二極管的發光點的連線與所述準直管的軸線之間的夾角小于9.0°。
4.根據權利要求1所述的激光測量裝置，其特征在于:所述準直管和/或所述底管的內壁光滑。
5.根據權利要求1所述的激光測量裝置，其特征在于:所述平面反射鏡的鍍膜面鍍有用于選擇性反射所述激光發生器所發射的激光束的介質膜。
6.根據權利要求5所述的激光測量裝置，其特征在于:所述介質膜由氧化硅膜及氧化鋯膜交替沉積而成。
7.根據權利要求1至6中任一權利要求所述的激光測量裝置，其特征在于:還包括用于固定所述光電檢測器及用于調整所述光電檢測器的位置以形成等光程檢測的安裝組件，所述安裝組件至少包括設有橫向滑槽的安裝支架，所述光電檢測器連接在所述安裝支架上并可沿所述橫向滑槽移動。
8.根據權利要求7所述的激光測量裝置，其特征在于:所述安裝組件還包括底板及用于固定所述安裝支架的過渡板，所述過渡板連接在所述底板上并且二者可以相對轉動。
9.根據權利要求8所述的激光測量裝置，其特征在于:所述過渡板設有弧形滑槽，穿過所述弧形滑槽設有用于固定所述過渡板和底板的固定件。
10.一種磁力傳感器，其特征在于:所述權利要求1至9中任一權利要求所述的激光測量裝置安裝于磁力傳感器。
【文檔編號】G02B27/30GK203550912SQ201320755005
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】朱仲文, 胡體寶 申請人:重慶川儀分析儀器有限公司